مدرستي
Physical Sciences🎓 baccalaureate goal

مراقبة تطور جملة كيميائية

إنجاز تجربة و/أو محاكاة: حمض الإيثانويك ـ الإيثانول

🔊 The teacher reads for you
روائح الفواكه في الحلويات الصناعية تأتي من أسترات تُحضَّر بتسخين حمض عضوي مع كحول. والتفاعل بطيء، ولا يستهلك كلّ ما وُضع فيه. كيف نتابع تجريبيّا تقدّم تفاعل الأسترة بين حمض الإيثانويك وبروبان -1- أول، ثمّ نُعيّن مردوده وزمن نصف تفاعله ؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • أن تكتب معادلة تفاعل الأسترة ومعادلة تفاعل المعايرة
  • أن تحسب كمّيتي مادة المتفاعلين انطلاقا من الحجم والكتلة الحجمية
  • أن تستغلّ حجم الصود عند التكافؤ لحساب كمية الأستر المتشكّل
  • أن تُعيّن مردود التحول وزمن نصف التفاعل انطلاقا من البيان
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • المعايرة حمض ـ أساس وتعيين نقطة التكافؤ بكاشف ملوّن
  • التمييز بين التحول التام والتحول المحدود

❓إشكالية: أغلب التحولات التي رأيناها إلى الآن كانت تامّة. فهل يستهلك تفاعل الأسترة كلّ الحمض الموضوع في البداية ؟ وإذا لم يكن كذلك، فكيف نقيس ما تشكّل منه فعلا، ونحن لا نستطيع أن نعاير الأستر مباشرة ؟

انتبه إلى اسم الكحول: عنوان هذا المورد يذكر الإيثانول، والتجربة التي ننجزها هنا تستعمل بروبان -1- أول. التفاعل هو نفسه (أسترة كحول أوّلي بحمض كربوكسيلي)، والخطوات هي نفسها؛ ما يتغيّر هو الكحول والأستر الناتج عنه. وكلّ الأرقام في هذا الدرس محسوبة على بروبان -1- أول.

📌تجربة: متابعة تحول الأسترة بالمعايرة

🧭الهدف: دراسة تحول الأسترة بين حمض الإيثانويك وبروبان -1- أول: معايرة الحمض المتبقّي عند لحظات متتالية، لتعيين كمية الأستر المتشكّل ثمّ المردود وزمن نصف التفاعل.

🧰الأدوات:

  • حمض الإيثانويك، وبروبان -1- أول
  • محلول هيدروكسيد الصوديوم (الصود)، تركيزه المولي ⁦1,0 mol/L⁩
  • الفينول فتالين، وقطع من الجليد
  • سحاحة عيارها ⁦25 mL⁩، وماصة عيارها ⁦1 mL⁩ مزوّدة بإجاصة المصّ
  • إرلينة ماير سعتها ⁦100 mL⁩، ومكثّف هوائي، ووعاء واسع، وحمّام مائي، وكرونومتر
  • مخلاط مغناطيسي، ووسائل الاحتياطات الأمنية

📌التجربة:

  1. التجربة الأولى: نضع محلول الصود في السحاحة، ونضع إرلينة ماير فوق الجليد الموجود في الوعاء الواسع.
  2. نسكب في الإرلينة ⁦5 mL⁩ من حمض الإيثانويك و ⁦10 mL⁩ من بروبان -1- أول، ثمّ نضع الجملة فوق المخلاط المغناطيسي.
  3. نأخذ بالماصة ⁦1 mL⁩ من المزيج ونسكبه في إرلينة أخرى تحتوي على ماء وجليد، ونضيف قطرات من الفينول فتالين.
  4. نعاير الحمض الموجود في العيّنة بمحلول الصود، ونسجّل حجم الصود المضاف عند التكافؤ.
  5. التجربة الثانية: نضبط الحمّام المائي على درجة الحرارة ⁦70 °C⁩.
  6. نثبّت المكثّف الهوائي على إرلينة ماير تحتوي على ⁦14 mL⁩ من المزيج المتبقّي، ونضعها في الحمّام المائي، ونشغّل الكرونومتر عند اللحظة صفر.
  7. كلّ ⁦5 min⁩ نأخذ ⁦1 mL⁩ من الوسط التفاعلي ونضعه في ماء وجليد، ثمّ نعاير الحمض الموجود فيه بمحلول الصود، ونسجّل حجم الصود عند التكافؤ.
  8. نواصل السحب إلى غاية ⁦60 min⁩، ثمّ نمثّل البيان الذي يعطي كمية الأستر بدلالة الزمن.

🔍الملاحظة: عند التكافؤ يتحوّل لون العيّنة فجأة إلى الوردي ويثبت: هذا هو التغيّر الذي يوقف السحاحة. وحجم الصود اللازم عند التكافؤ ينقص من سحب إلى آخر، فالحمض يُستهلك. ثمّ يتوقّف هذا الحجم عن التناقص ويثبت عند قيمة غير معدومة: يبقى في الوسط حمض لم يتفاعل. والبيان يتزايد أوّلا بسرعة، ثمّ يتباطأ نموّه، ثمّ يتسطّح.

المعايرة بالصود تقيس الحمض المتبقّي في العيّنة عند لحظة السحب. وتبريد العيّنة في ماء وجليد يُجمّد التفاعل: ما نقيسه هو حالة الجملة عند لحظة السحب، لا عند لحظة المعايرة.
معادلة تفاعل الأسترة
CH₃COOH + C₃H₇OH ⇌ CH₃COOC₃H₇ + H₂O
تعريف: تفاعل الأسترة تحوّل بطيء ومحدود. الجملة تتوقّف قبل أن يُستهلك المتفاعل المحدّ كلّه، وتبلغ حالة توازن يتعايش فيها المتفاعلان والناتجان: لهذا يثبت حجم الصود عند قيمة غير معدومة.
معادلة تفاعل المعايرة
CH₃COOH + HO- → CH₃COO- + H₂O
عند التكافؤ يكون الوسط أساسيا: الناتج هو شاردة الإيثانوات، وهي أساس ضعيف يتفاعل جزئيا مع الماء. لهذا نستعمل الفينول فتالين الذي يتغيّر لونه في مجال أساسي، ولا يصلح أزرق البروموتيمول الذي يتغيّر لونه حول التعادل.
كمية المادة انطلاقا من الحجم
n = ρ × VM
ρالكتلة الحجمية للسائل(g/mL)Vالحجم المأخوذ بالماصة أو بالمخبار(mL)Mالكتلة المولية الجزيئية(g/mol)
مثال 1: مقارنة كمّيتي مادة الحمض والكحول في المزيج الابتدائي

الكتاب لا يطبع الكتل الحجمية ولا الكتل المولية: نأخذها من الجداول المرجعية.

🎯المطلوب: احسب كمّيتي مادة حمض الإيثانويك وبروبان -1- أول في المزيج الابتدائي، ثمّ قارن بينهما

📌المعطى: حمض الإيثانويك
VA = 5,0 mL , ρA = 1,05 g/mL , MA = 60 g/mol
📌المعطى: بروبان -1- أول
VB = 10,0 mL , ρB = 0,80 g/mL , MB = 60 g/mol
🔹الخطوة 1: كمية مادة الحمض

لأنّ الماصّة تعطي حجما بينما الكيمياء تشتغل بكمية المادة: الكتلة الحجمية هي الجسر من الحجم إلى الكتلة، والكتلة المولية هي الجسر من الكتلة إلى كمية المادة

nA=5,0 × 1,0560=8,75 × 10-2 mol
🔹الخطوة 2: كمية مادة الكحول

لأنّ الكحول أخفّ من الحمض ولهما نفس الكتلة المولية تقريبا: ضِعف الحجم لا يعطي ضِعف كمية المادة، بل أقلّ من ذلك

nB=10,0 × 0,8060=1,33 × 10-1 mol
✅النّتيجة

لأنّ النسبة أكبر من الواحد: المزيج الابتدائي ليس متساوي المولات، بل فيه فائض من الكحول، والحمض هو المتفاعل المحدّ الذي يحدّ كمية الأستر الممكنة

nBnA = 1,52
الحجم ليس كمية مادة. كلّما أعطاك التمرين حجمين، حوّلهما إلى مولات قبل أن تقارن؛ وإلاّ وصفتَ بالتكافؤ مزيجا فيه فائض واضح.
مثال 2: الحجم المنتظر لمحلول الصود عند اللحظة صفر

المزيج الابتدائي حجمه ⁦15,0 mL⁩، وهو مجموع ⁦5,0 mL⁩ من الحمض و ⁦10,0 mL⁩ من الكحول؛ ونسحب منه ⁦1 mL⁩ للمعايرة، فيبقى ⁦14 mL⁩ للتجربة الثانية.

🎯المطلوب: احسب كمية مادة الحمض في ⁦1 mL⁩ من المزيج، واستنتج حجم الصود اللازم لمعايرتها عند اللحظة صفر

📌المعطى
nA = 8,75 × 10-2 mol , Vtotal = 15,0 mL , CB = 1,0 mol/L
🔹الخطوة 1: كمية مادة الحمض في العيّنة

لأنّ المزيج متجانس: كلّ ميليلتر منه يحمل النسبة نفسها من الحمض، فتكفي القسمة على الحجم الكلّي للمزيج

n1=nA15,0=5,83 × 10-3 mol
🔹الخطوة 2: حجم الصود عند التكافؤ

لأنّ المعايرة تُنجز عند التكافؤ: كمية مادة الصود المضافة تساوي عندئذ كمية مادة الحمض بالضبط، فيكفي القسمة على تركيز الصود

VBE = n1CB
✅النّتيجة

لأنّ القيمة الموجودة أصغر بكثير من عيار السحاحة: المعايرة ممكنة في مرّة واحدة، وهذا بالضبط ما يبرّر سحب ⁦1 mL⁩ فقط بدل المزيج كلّه

VBE=5,83 × 10-3 L=5,8 mL
مثال 3: من حجم الصود إلى كمية الأستر ثمّ إلى المردود

🎯المطلوب: اكتب العلاقة التي تعطي كمية الأستر المتشكّل انطلاقا من حجوم الصود، ثمّ عبّر عن مردود التحول

🔹الخطوة 1: كمية الحمض المتبقّية عند اللحظة t

لأنّ التبريد في ماء وجليد يوقف التفاعل والمعايرة سريعة: الصود يتفاعل عندئذ مع الحمض وحده. فحجم الصود عند التكافؤ، مضروبا في تركيزه، يقيس الحمض المتبقّي وحده في اللحظة التي سُحبت فيها العيّنة

nt = CB × Vt
🔹الخطوة 2: كمية الأستر المتشكّل

لأنّ معادلة الأسترة تعطي مولا واحدا من الأستر لكلّ مول من الحمض المستهلك: الفرق بين حجم الصود عند اللحظة صفر وحجمه عند اللحظة t هو بالضبط ما اختفى من الحمض، أي ما تشكّل من الأستر — وهكذا نقيس الأستر دون أن نعايره

nE = CB × (V0 - Vt)
✅النّتيجة

لأنّ الحمض هو المتفاعل المحدّ (المثال 1): الكمية القصوى الممكنة من الأستر تساوي كمية الحمض الابتدائية في العيّنة، وهي 5,83 ميلي مول المحسوبة في المثال 2. فالمردود هو نسبة الأستر المتشكّل عند التسطّح إلى هذه الكمية القصوى

r = nEn1
احسب المردود دائما بالنسبة إلى المتفاعل المحدّ، لا بالنسبة إلى المتفاعل الموجود بوفرة. هنا الحمض هو المحدّ، لأنّ الكحول موضوع بفائض.

يبقى أن نقرأ البيان: الشكل التالي يبيّن كيف تتطوّر كمية الأستر مع الزمن، وكيف يُقرأ عليه زمن نصف التفاعل.

المنحنى يتسطّح دون أن يبلغ الكمية القصوى: التحول محدود.
تعريف: زمن نصف التفاعل هو المدّة التي تتشكّل خلالها نصف الكمية النهائية من الأستر. يُقرأ على البيان ولا يُحسب. وإذا رفعنا درجة الحرارة فوق ⁦70 °C⁩ فإنّه ينقص: الجملة تبلغ توازنها أسرع، لكنّ المردود لا يتغيّر.
انتبه: جدول القياسات يُملأ بالقياس، لا من الرأس. القيم تأتي من معايراتك أنت. ما هو ثابت هنا هو الطريق: من حجم الصود إلى كمية الحمض المتبقّية، ومن نقص الحمض إلى كمية الأستر المتشكّل.
درجة الحرارة والوسيط عاملان حركيان: يجعلان الجملة تبلغ توازنها أسرع، ولا يغيّران المردود. أمّا وضع فائض من أحد المتفاعلين، أو نزع أحد الناتجين من الوسط، فيُزيح حالة التوازن ويرفع المردود. وهذا ما يفسّر أنّ المزيج المدروس هنا، وفيه فائض من الكحول، يعطي مردودا أعلى من مزيج متساوي المولات.
في البكالوريا يأتي هذا الدرس في صورة تمرين تجريبيّ: متابعة الأسترة بمعايرة الحمض المتبقّي، ويُطلب: «احسب كمّيتي مادة المتفاعلين»، و«استنتج كمّية الأستر المتشكّل من حجم الصود عند التكافؤ»، و«عيّن المردود وزمن نصف التفاعل من البيان». جهّز ثلاثة عناصر: ① كمّية المادة من الحجم: ⁦n = ρ × V/M⁩ لكلّ متفاعل، ثمّ تعيين المتفاعل المحدّ ؛ ② الطريق من المعايرة إلى الأستر: الحمض المتبقّي ⁦nt = CB × Vt⁩، ونقص الحمض هو الأستر المتشكّل ⁦nE = CB × (V0 − Vt)⁩ ؛ والتبريد في ماء وجليد يوقف التفاعل عند لحظة السحب ؛ ③ القراءتان: المردود نسبة الأستر المتشكّل إلى الكمّية القصوى التي يفرضها المتفاعل المحدّ، وزمن نصف التفاعل المدّة التي تتشكّل خلالها نصف الكمّية النهائية من الأستر. ⚠️ الخطأ الشائع: اختيار كاشف يتغيّر لونه حول التعادل ؛ عند التكافؤ يكون الوسط أساسيّا، فالمناسب الفينول فتالين لا أزرق البروموتيمول. ⚠️ وخطأ ثانٍ: قراءة زمن نصف التفاعل عند نصف الكمّية القصوى، والتحوّل محدود، والصحيح نصف الكمّية النهائية.
خلاصة: الأسترة تحوّل بطيء ومحدود. نتابعه بمعايرة الحمض المتبقّي في عيّنات مبرّدة تُسحب كلّ خمس دقائق؛ ونقص الحمض يعطي مباشرة كمية الأستر المتشكّل. المردود هو نسبة الأستر المتشكّل إلى الكمية القصوى التي يفرضها المتفاعل المحدّ، وزمن نصف التفاعل يُقرأ على البيان: ترفعه الحرارة سرعةً، ولا ترفع المردود.

Page 1/5

© Madrassati — a lesson written by Madrassati · madrassati.net